cours et ea de mécanique et physique - institut coriolis · stockage co2 en milieu poreux...

Cours et EA de Mécanique et Physique

PHY550 - Rayonnement et climat (P1)MEC565 - Météorologie et Environnement (P2)MEC571 - Dynamique du système climatique: problèmes scientifiques etenjeux de société (EA - P1)

PHY555 – Énergie et Environnement (P1)MEC573 - Potentiel éolien, solaire et hydraulique : analyse et projet (EA - P1)MEC582 - Mécanique pour l'Eolien (EA - P2)

MEC558 - Hydrologie continentale et ressources en eau (P1)MEC567 - Hydrodynamique physique pour l'environnement (P2)PHY566 - Terre solide et environnement (P2)MEC588 - Milieux poreux – écoulements et mécanique (P2)

Climat

Energie

Hydrologie et terre solide

Rayonnement et ClimatRayonnement et Climat

Jean-François Roussel, Jean-François Roussel, [email protected]@onera.fr

PHY550 PHY550

Interactions rayonnement – atmosphère: Interactions rayonnement – atmosphère: processus radiatifsprocessus radiatifs

La physiqueLa physique

Les applications:Les applications:

– Le climat et son évolution (effets anthropiques)Le climat et son évolution (effets anthropiques)

– La télédétectionLa télédétection

mailto:[email protected]

Applications – Ex 1: effet de serre d’origine anthropique

Réchauffement climatique

Augmentation des gaz à effet de serre Augmentation des gaz à effet de serre

Corrélation => quelle conclusion:Corrélation => quelle conclusion:– lien de cause à effet ?lien de cause à effet ? (dans quel sens ?!)(dans quel sens ?!)– ou coïncidence ?ou coïncidence ?

Ex d’applications: les effets anthropiques

GIEC 2007

Applications – Ex 2 : trou d’ozone Forte baisse de la concentration en ozone localisée Forte baisse de la concentration en ozone localisée

dans l’espace et le temps dans l’espace et le temps

Mécanisme ? Avenir ?Mécanisme ? Avenir ?

Parades possibles ? Contre mesures ? Parades possibles ? Contre mesures ?

Méca

PHY550

Motivation 1 pour les processus radiatifs: transferts d’énergie

● Importance des processus radiatifs: seules entrées-sorties de l’énergie (au niveau planète)

hν (visible)

Q(chaleur)

hν (IR)

W(travail)

Travail: vents (+ courants), machine thermique TerreTravail: vents (+ courants), machine thermique Terre– quelques % de la chaleur disponible transformée en travail (rendement faible) quelques % de la chaleur disponible transformée en travail (rendement faible) – rrôle essentiel: transport, répartition de l’énergieôle essentiel: transport, répartition de l’énergie

– Cas (important) de l’ozone (stratosphérique):Cas (important) de l’ozone (stratosphérique): Créé par UV moyenCréé par UV moyen (O(O22 + + hvhv~200nm~200nm → O + O ) → O + O )

Absorbe l’UV long Absorbe l’UV long (O(O33 + + hvhv~300nm~300nm → O → O22 + O) + O)

– Importance pour l’apparition de la vie (et son maintien !)Importance pour l’apparition de la vie (et son maintien !)

NB: absorbe et émet aussi l’IR thermique:NB: absorbe et émet aussi l’IR thermique:– Echange IR ↔ vibration OEchange IR ↔ vibration O33

– Importance pour l’effet de serreImportance pour l’effet de serre– Pur échange d’énergiePur échange d’énergie

1. Visible et IR (Infra Rouge) → énergie (transparent précédent)

2. UV (Ultra Violet) → réactions (et énergie, qqs % du total)– Chimie (stratosphère): O3, O, N, NO…– Ionisation: création de l’ionosphère, NO+, O+, H+…

Motivation 2 pour les processus radiatifs: chimie de l’atmosphère

O3

+O2

• IntroductionIntroduction

•Plan Plan PHY 566APHY 566A

•SoleilSoleil

•AtmosphèreAtmosphère

MotivationMotivationRelations Relations

soleil-terresoleil-terreMécanismes Mécanismes

d’interactiond’interaction

Mécanismes d’interaction

GIEC

Illustration, cas de l’atmosphère terrestre:Illustration, cas de l’atmosphère terrestre:

● Absorption● Réflexion / diffusion● Emission (thermique)

MEC 571 Dynamique du système climatiqueproblèmes scientifiques et enjeux de société

Hervé Le [email protected]

Pourquoi le climat évolue-t-il ? À quelles échelles de temps ?

Comment mesurer ce changement, le prévoir ? Quels impacts ?

• COURS + EXPOSES INTERVENANT : donner accès à la recherche actuelle dans ces domaines (aspects théoriques, modélisation, observation)

• ETUDE PERSONNELLE ENCADREE (articles scientifiques, en anglais):

donner aussi accès aux enjeux de cette recherche (y compris sociétaux)

•Le climat et sa variabilité : des échelles géologiques à l'échelle météorologique

• Changement anthropique, effet de serre

• Modélisation du système climatique et scénarios pour le futur : prévision ou projection ?

• Du global au local et aux impacts : biosphère, économie ...

MEC 571 Dynamique du climat


• Changement anthropique ; bilan radiatif et effet de serre





• Changement anthropique, effet de serre




Sujets bibliographiques


Effet de serre et changement climatique global

Vapeur d'eau, nuages, CO2, CH4, aérosols, végétation, déforestationClimats extra-terrestres

Changement climatique régional, evénements extrêmes,

Sécheresses, crues, caniculesProjections et incertitudes à l'échelle régionale

Variabilité saisonnière et interannuelle

Moussons indienne, africaine, américaineSahel, sécheresseEl Niño – Oscillation australePrévision saisonnière

Paléoclimats, changements abruptsCirculation thermohalineGlaciations / déglaciationsForçages astronomiques

MEC 565: Meteorologie et Environment MEC 565: Meteorologie et Environment (cours)(cours)

Responsable: Philippe DrobinskiResponsable: Philippe Drobinski

Cours: Philippe Drobinski (Cours: Philippe Drobinski ([email protected]@lmd.polytechnique.fr))

Petites classes: Albert Hertzog (Petites classes: Albert Hertzog ([email protected]@lmd.polytechnique.fr))

MEC 565 Meteorologie et environmentPhilippe Drobinski et Albert Hertzog



La météorologie de l’échelle locale à l’échelle régionale nombreuses activités de notre quotidien nombreux métiers: assurances, gestion de l’eau, énergie

Contexte de MEC 565 (période 2)Contexte de MEC 565 (période 2)


Risqueshydrométéorologiques

Qualité de l’air Transport

Activités récréativesProduction d’énergie

Connaissances fondamentales en géophysiques pour la compréhension de la métérologie régionale: théories, expériences de terrain, simulations,…

Introduction aux problématiques

et enjeux de la prévision du temps

Objectifs de MEC 565Objectifs de MEC 565

Evenements météorologiques extrêmes

Météorologie côtière et en montagneImpact de la météorologie sur la qualité de l’air

Eléments de modélisationPrévisibilitéPrévision météoroogique et projections climatiques






Climat

Energie


MEC 573: Potentiel solaire, éolien et MEC 573: Potentiel solaire, éolien et hydraulique (EA)hydraulique (EA)

MEC 573: Potentiel solaire, éolien et hydrauliquePhilippe Drobinski et Alexandre Stegner

Responsables:Responsables:

Philippe Drobinski (Philippe Drobinski ([email protected]@lmd.polytechnique.fr))

Alexandre Stegner (Alexandre Stegner ([email protected]@lmd.ens.fr))



Un buzz planétaire … imposé par des contraintes énergétiques (oil peak), environnementales (changement climatique), économique (croissance) et sociétaux (démographie)

Contexte de MEC 573 (période 1)Contexte de MEC 573 (période 1)

Actuellement seulement 8.5 % !!!

- 20 % de la consommation d’énergie finale doit être d’origine renouvelable en 2020.

Comment choisir ?

Political will: European Energy-Climate package (Janvier, 23 2008)

Evaluation du potentiel énergétique pour un site ou une région donnée à partir de connaissances fondamentales en géophysique

Objectifs de MEC 573Objectifs de MEC 573

éolien ?

solaire ?

fluvial ?

maritime ?


Barrage au fil de l’eau

Stockage CO2 en milieu poreux

Modélisation de laboratoire Etudes de cas et analyses de données

Données SIRTA site instrumenté de l’X

Projet DESERTEC

Organisation de MEC 573Organisation de MEC 573


3 cours (1 séance complète et 2 demi-séances)3 cours (1 séance complète et 2 demi-séances)8 séances de projets (2 demi-séances et 6 séances)8 séances de projets (2 demi-séances et 6 séances)

MEC 582

EA Mécanique pour l'éolienRiwal Plougonven,

Laboratoire de Météorologie Dynamique

Principales questions abordées :

1. Comment fonctionne une éolienne ? Qu'est-ce qui détermine son rendement ?

Le contexte, les problèmes de structure et d'autres aspects du secteur éolien seront également abordés.

Structure prévisionnelle : Cours : 14 x 2 h ; TD : 3 x 2h ; Projets par binômes : 4 x 2h puis 2 x 4h.

Pré-requis : MEC 432 (Mécanique des Fluides) ; Numerus Clausus : 12.

2. Qu'est-ce qui détermine le vent ? Quelles sont les causes de variabilité du vent ? Parvient-on à le prévoir ?





Climat

Energie


1. L’eau douce comme ressource : usages, droit, gestion de l’eau et problèmes environnementaux (trois conférences introductives)2. Les bases physiques de l’hydrologie/hydrogéologie : Hydrogéologie : écoulements en milieux poreux, typologie des aquifères, transport des polluants par les eaux souterraines Hydrologie: Aménagement des grands fleuves européens, dimensionnement des ouvrages hydrauliques, évaluation statistique et décision ; hydrologie opérationnelle : de la mesure en temps réel à la prévision des crues. En Petites Classes : jeu de rôle sur les négociations internationales sur la place de l’eau dans les futurs « objectifs de développement durable » des Nations-Unies pour la période 2016-2025.

M1 SDE – Cours MEC558Hydrologie continentale et ressources en eau

G. de Marsily, P.A. Roche, J. Fortin

Débouchés dans le domaine de l’eau• Enseignement supérieur et recherche• Corps de l’Etat • Gestion des territoires : Ministères, DREAL, Agences de l’eau, Conseils Régionaux• Organismes publics de recherche: INRA, CNRS, IRSTEA, ONEMA, IRD, IFPEN, etc.• Grandes entreprises publiques et privées dans le domaine de l’eau ou de l’énergie : Veolia, Suez-Environnement et GDF-Suez, EDF, Total, Voies Navigables de France, etc.• Bureaux d’étude (Ginger, Safege, Artelia, Burgéap, etc.)• Organismes de développement : Banque Mondiale, FMI, AFD, UNESCO, UNEP, etc.• ONGs : Action contre la Faim, OXFAM, etc.

Positionnement du cours• Introduction pour une spécialisation ultérieure en hydrologie/hydrogéologie

- M2 à Paris (UPMC, Paris VII, UPS), Grenoble, Montpellier, Rennes, Toulouse, etc.- Nombreux masters à l’étranger- IPEF

• Synthèse sur les connaissances/enjeux dans le domaine de l’eau pour d’autres spécialisations (énergie, procédés industriels…)

M1 SDE – Cours MEC558Hydrologie continentale et ressources en eau

G. de Marsily, P.A. Roche, J. Fortin

PHY 566: Terre solide et environnement

But du cours: Atteindre une compréhension globale du fonctionnement de la Terre depuis sa

formation et à travers son évolution au cours des temps géologiques.

Comprendre certains des couplages entre processus anciens et récents, ou entre processus profonds et de surface.

Comprendre certains des outils de la “géologie moderne” (minéralogie, géochimie, géophysique) avec en particulier l’utilisation des compositions chimiques et isotopiques (roches, eaux, atmosphère).

Marc Chaussidon ([email protected])


Un exemple des couplages entre processus profonds et processus de surface est l’évolution des températures de surface sur Terre à l’échelle géologique

(différentes échelles de temps et causes que le réchauffement actuel)

Plusieurs fois dans son histoire la Terre a été totalement recouverte de glaces: ceci a été le résultat du couplage entre la tectonique des plaques et le cycle du

CO2

Prélude à la Terre “boule de neige”

Terre “boule de neige”à son apogée

Cours 1: Du milieu interstellaire au système solaire

Cours 2: La formation du système solaire et les météorites

Cours 3: La formation et l'histoire géologique de la Lune

Cours 4: L'origine de l'atmosphère et des océans

Cours 5: La structure interne et la différenciation de la Terre

Cours 6: L'origine de la croûte continentale

Cours 7: L’évolution de l'atmosphère et des océans au cours du

précambrien et les traces les plus anciennes de vie

Cours 8: Cycle du carbone, érosion et climat

Cours 9: L’histoire “géologique” de Mars

Petites classes:

• Datation isotopique de la voie lactée

• Origine des météorites de fer

• Mesure de rapports isotopiques et de concentrations par spectrométrie de

masse

• Le cycle isotopique (D/H, 18O/16O) de l'eau à la surface de la Terre

• Temps de mélange et de résidence dans l’océan

• …


MEC 588 : Les milieux poreux - Écoulements et MécaniqueJérôme Fortin [email protected]

Yannick Peysson [email protected]

Grandes lignes du programme

• Définition des milieux poreux porosité, perméabilité, microstructures, caractérisation…

• Écoulements en milieu poreux Loi de Darcy. Ecoulements diphasiques. Capillarité. Dispersion…

• Mécanique des milieux poreux Introduction à la poroélasticité. Propriétés mécaniques, lois de comportement. Couplage hydro-mécanique…

• Environnement• Hydrogéologie, géothermie• Exploitation des hydrocarbures• Séquestration du CO2 …

Mars 2015

Domaine d'application :

Projets : Dispersion/pollution dans les sols; Gestion des nappes aquifères ; Imbibition capillaire en milieux poreux ; récupération assistée du pétrole ...

Enseignement d’Approfondissement

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Documents